大斷面泥巖巷道支護設(shè)計優(yōu)化及應用

趙 寒

(陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 長武 713600）

1 工程概況

陜西彬長胡家河煤礦位于陜西省長武縣內(nèi)，目前礦井正開采四號煤層，該煤層賦存穩(wěn)定，煤厚變異較小，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，厚度12.8～27 m，平均厚度約23 m。402104 工作面煤層上方基本頂為中砂巖，厚度10.2～20.0 m，飽和抗壓強度6.7～17.2 MPa；直接底為鋁質(zhì)泥巖，遇水極易軟化，屬于不堅硬不穩(wěn)定型，一般厚度3～5 m。工作面正常涌水量為10 m3/h 左右，最大涌水量約20 m3/h，煤瓦斯含量0.32～2.12 ml/g。

402104 工作面運輸順槽為全錨網(wǎng)支護，矩形巷道，巷道凈寬×凈高=5.6 m×3.5 m，巷道凈斷面積19.6 m2。其中402104 工作面運輸順槽原有支護參數(shù)不合理，導致巷道變形嚴重，頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_750 mm，兩幫移近量最大可達890 mm，威脅礦井安全生產(chǎn)，需對巷道錨桿、錨索參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。

2 大斷面泥巖巷道圍巖變形破壞情況

402104 工作面運輸順槽在掘進過程中，巷道頂?shù)装宄霈F(xiàn)變形，兩幫收斂變形，通過井下實地考察發(fā)現(xiàn)，402104 工作面運輸順槽圍巖變形破壞如下：

（1）402104 工作面運輸順槽頂?shù)装迤茐那闆r

402104 工作面運輸順槽為矩形巷道，凈斷面19.6 m2，屬于大斷面巷道，在巷道掘進期間，在工作面切眼向外350 m 處頂?shù)紫鲁亮靠蛇_500 mm，底鼓量為250 mm，部分區(qū)域頂板出現(xiàn)網(wǎng)兜現(xiàn)象，錨桿被拉斷，個別錨索失效。

（2）402104 工作面運輸順槽兩幫破壞情況

402104 工作面運輸順槽周圍巖性大多為泥巖，兩幫最大變形處在巷道1200 m 處，由于受到周邊巷道擾動影響，最大兩幫變形量可達890 mm，巷道變形量大的問題存在安全隱患，亟需解決。

3 大斷面泥巖巷道錨桿、錨索支護參數(shù)優(yōu)化

402104 工作面運輸順槽掘進凈寬5600 mm，巷中掘進凈高3500 mm，其402104 工作面運輸順槽原錨桿、錨索布置如圖1。對原支護情況下現(xiàn)進行錨桿錨索加密，巷道兩幫采用長3.5 m 短錨索支護，間排距為800 mm×800 mm，頂板為8 根錨桿，間排距700 mm×800 mm，頂板布置5 根錨索。其具體支護參數(shù)為：

頂板錨桿：頂錨桿采用Φ22 mm×2500mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配套200 mm×200 mm×12 mm 鋼托板，頂錨桿間、排距700 mm×800 mm，每根錨桿消耗3 節(jié)MSK2335 型樹脂，設(shè)計錨固力為70 kN，錨桿螺帽扭矩不小于300 N·m。金屬網(wǎng)采用直徑為6 mm 的Q235 鋼筋焊制，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm，網(wǎng)幅規(guī)格900 mm×1700 mm。金屬網(wǎng)壓茬連接，搭接長度不小于100 mm，相鄰兩塊網(wǎng)之間要用16#鐵絲連接，連接點要均勻布置，雙排扣距200 mm。

頂板和兩幫錨索：頂板錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×7100 mm 鋼絞線，錨索間排距1200 mm×1200 mm，采用2500 mm 的16#槽鋼為托梁，鎖具與槽鋼托梁間墊片規(guī)格為120 mm×150 mm×20 mm。兩幫采用全短錨索支護，規(guī)格為Φ15.24 mm×3500 mm鋼絞線，錨索間排距為800 mm×800 mm，錨索外露150～250 mm，錨索錨固力為300 kN，預緊力210 kN。

圖1 402104 工作面運輸順槽錨桿、錨索布置

4 巷道圍巖變形觀測分析

在402104 工作面運輸順槽共布設(shè)2 個測點，第1 個測站設(shè)在巷道600 m 位置處，間隔100 m 布設(shè)第2 個測站，2 個測站同時進行觀測，采用“十”字布點法對巷道變形量進行監(jiān)測。對2 個測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析處理，得到圖2 工作面運輸順槽圍巖變形位移曲線。

如圖2，402104 工作面運輸順槽在采用合理的支護參數(shù)后頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔冃乌呌诳傮w一致，兩幫變形量大于頂?shù)装逡平?。兩幫移近量最大值?70 mm，較原支護兩幫變形量減少了69.6%；頂?shù)装逡平孔畲笾禐?05 mm，其中頂板最大下沉占頂?shù)装逡平康?8.8%，為100 mm，較原支護頂?shù)装逡平繙p少了72.6%。新支護參數(shù)下的巷道圍巖變形得到了有效控制，工程試驗表明巷道支護參數(shù)設(shè)計合理，支護方案可行。

圖2 工作面運輸順槽圍巖變形位移曲線

5 結(jié)語

對運輸順槽原支護方案錨桿錨索進行加密支護優(yōu)化，且兩幫采用全短錨索支護后，在402104 工作面運輸順槽內(nèi)布置2 個測點，觀測數(shù)據(jù)表明比原支護頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟糠謩e減少72.6%和69.6%。此支護方案在陜西彬長胡家河礦業(yè)公司應用效果較好，具有良好的經(jīng)濟效益及推廣借鑒價值。